TD-SCDMA用户终端射频收发信机性能指标分析及测试

《电子工程专辑》

摘要：射频收发信机是移动通信系统中的一个重要组成部分，射频收发信机性能对整个移动通信系统的性能有着重要的影响。本文基于第三代移动通信标准TD-SCDMA系统用户终端设备射频收发信机的研究开发，分析了TD-SCDMA用户终端射频收发信机的主要性能指标要求，并对射频收发信机主要指标的测试进行了论述。

1、 引言：

在ITU最终确定的5种RTT（无线传输技术）建议中，TD-SCDMA是由中国标准化组织（CWTS）代表中国向ITU提交的。TD-SCDMA提案是在SCDMA无线本地环路（SCDMA-WLL）先进技术以及成功应用的基础上提出的。它采用时分双工（TDD）方式，运用了多项先进的技术，如：智能天线(Smart Antenna)技术、多用户检测(Joint Detection)技术、同步码分多址（SCDMA）技术、软件无线电(Software Radio)技术等。前不久，大唐电信中央研究院与重庆邮电学院联合成功开发了TD-SCDMA试验系统用户终端设备。TD-SCDMA终端无线接口的相关特性指标与射频收发信机息息相关。本文介绍分析了TD-SCDMA系统用户终端收射频收发信机的主要性能指标，并对一些收发信机射频指标的测试进行了论述。

2、 指标分析

下面结合TD-SCDMA相关标准文档CWTS C401 V3.20/3GPP TR 25.945 V2.00，对TD-SCDMA用户终端收发信机的一些指标参数进行分析，并作为射频收发信机设计的重要依据。这里主要分析如下几个指标参数：

1. 接收灵敏度；
2. 邻道选择性（ACS）与干扰；
3. 线性和动态范围。

接收灵敏度

接收灵敏度（P_sen）是TD-SCDMA终端射频收信机重要的指标参数，合理地确定接收灵敏度直接地决定了TD-SCDMA终端射频收发信机的性能及其可实现性。接收灵敏度是指在确保误比特率（BER）不超过某一特定值的情况下，在用户终端天线端口测得的最小接收功率，这里BER通常取为0.001。接收灵敏度表征着TD-SCDMA终端接收机接收能力的强弱。CDMA系统接收机的接收灵敏度可以用下式来表示：

邻道选择性（ACS）与干扰

TD-SCDMA终端在接收到有用信号的同时还会接收到邻道上的信号（视为干扰），为了能够正确地接收有用信号，射频收信机必须要对邻道干扰进行有效的抑制。射频收信机的这一特性可以用邻道选择性来衡量。邻道选择性是指在相邻信道信号存在的情况下，接收机在其指定信道频率上接收有用信号的能力，该相邻信道信号的频率偏离指定信道中心频率一个特定的频率偏移量（1.6MHz）。邻道选择性定义为接收机滤波器在指定信道频率上的衰减与在相邻信道频率上的衰减的比值。邻道选择性的强弱，直接影响着射频收信机的接收性能。邻道干扰主要是由射频收信机中的窄带滤波器抑制的，如中频声表面波滤波器、基带滤波器等。

线性和动态范围

TD-SCDMA 终端采用QPSK调制方式，属于非恒定包络的调制方式。同时，为了支持高速率的数据传输，TD-SCDMA系统采用的是多码道的传输方式。因此，TD-SCDMA 终端收发的信号具有很高的峰值-平均功率比（高达12dB以上），为了使信号保持良好的线性特性，要求TD-SCDMA 终端射频收发信机具有很好的线性特性。 TD-SCDMA系统是一个CDMA系统，也就是一个自干扰系统。在基站端为了防止部分移动台因为信号电平太高而使其它移动台发送的信号不能被正确地接收，希望每个移动台发送的信号功率电平在到达基站时是相当的，即克服“远近效应”的影响。同时，考虑到小区覆盖范围的要求， TD-SCDMA终端射频发信机的发射功率应该具有一定的动态范围（DR_{RF_Tx}）。基于TD-SCDMA系统仿真的假设条件，可以确定终端射频发信机发射功率的动态范围DR_{RF_Tx}为： DR_{RF_Tx}=P_{Tx_max}-MCL_BS-UE-P_{sen_BS}=80dB 其中：P_{Tx_max}表示终端的最大发射功率，为30dBm； MCL_BS-UE表示终端和基站之间最小的耦合损耗，为60 dB； P_{sen_BS}表示基站的接收灵敏度，为-110dBm/1.28MHz。即：TD-SCDMA终端射频发信机发射功率需要有80dB的动态范围。

3、 指标测试

射频收发信机的整机测试包括射频收信机测试、射频发信机测试两大部分，射频收信机的测试，归纳起来主要包括以下几个方面：接收灵敏度的测试、抗阻塞特性的测试、互调响应特性的测试、接收机响应时延的测试、射频收信机动态范围的测试等；射频发信机的测试，归纳起来主要有如下几个方面：关闭功率的测试、输出功率及线性特性的测试、发信机杂散特性的测试、发信机响应时延的测试、发信机动态范围的测试等。总的说来测试项目很多，这里重点介绍一些主要性能指标的测试。

收信机接收灵敏度的测试

接收灵敏度是射频收信机的一项重要指标。根据设计要求，在保证BER≤0.001时，射频收信机接收灵敏度要求能够达到-108dBm。接收灵敏度测试的测试方法如下：在完成对TD-SCDMA终端整机正确的设置（如跳线、通电等）以后，把向射频收信机输入的射频信号的功率电平P_RF-in设置为一个初始值（如-90dBm），借助物理层程序分析计算，求出信-噪比。如果信-噪比大于BER=0.001对应的E_b/n₀值，则通过PC机控制射频信号源，使输入信号的功率电平减小1dB或2dB，重复上述步骤，直到信-噪比开始小于 。此时向射频收信机输入信号的功率电平P_RF-in即为射频收信机的接收灵敏度。

收信机邻道选择性（ACS）的测试

邻道选择性的好坏体现了射频收信机抑制邻道干扰能力的强弱。根据设计要求，当邻道干扰电平为-54dBm，在保证BER≤0.001时，射频收信机最小接收电平不得低于-91dBm。射频收信机邻道选择性测试的方法如下：通过射频合路器向射频收信机输入TD-SCDMA射频通带信号和邻道调制干扰信号，邻道干扰信号与有用信号的中心频率相差1.6MHz，调制方式和有用信号的调制方式相同，功率电平P_AC为-54dBm。把射频有用信号的功率电平P_RF-in设置为一个初始值（如-80dBm），借助物理层程序分析计算，求出信-噪比。通过PC机的控制改变输入射频有用信号的功率电平P_RF-in，找到使BER开始小于0.001对应的输入信号的功率电平。

收发信机动态范围的测试

射频收信机的接收动态范围要求有80dB。对射频收信机动态范围的测试比较简单，通过PC机控制射频信号源，使输入射频收信机的功率电平P_RF-in从-25dBm到-108dBm之间变化，借助物理层程序分析计算，检验射频收信机的动态范围是否达到设计要求。射频发信机动态范围的测试与射频收信机动态范围的测试类似。

发信机关闭功率的测试

关闭功率是射频发信机的一项重要指标，它是指射频发信机在关断的情况下在天线口处测得的功率。一方面，关闭功率会通过天线辐射出去，对其它用户造成影响；另一方面，部分功率会耦合到本用户的射频收信机，对射频收信机造成影响。测试时将射频发信机关断，在天线口处测试其功率的大小。发信机输出功率及线性特性的测试输出功率及线性特性是射频发信机重要的指标。进行输出功率及线性特性的测试，可以借助频谱分析仪。在正确设置发送的射频信号相关参数（如带宽等）后即可测试其通带内功率和ACLR的大小。

发信机杂散特性的测试

射频发信机杂散分量过大，不但对其它无线通信系统造成影响，而且也会影响本系统。射频发信机杂散特性的测试方法如下：按照CWTS C401 V3.20/3GPP TR 25.945 V2.00的要求设置测试带宽和相关的频段，借助频谱仪进行测试。 发信机响应时延的测试射频发信机响应时延的测试与射频收信机响应时延的测试类似。由于发信机输出的是射频信号，不能够用一般的示波器来测量，可以用频谱分析仪来测量（设置频谱仪的带宽为零）。

4、 总结

本文首先基于标准对TD-SCDMA用户终端射频收发信机主要性能指标进行了分析，由于TD-SCDMA系统是一个CDMA系统，因此这些指标表现出许多与GSM系统不同的地方。然后本文对射频收发信机的指标测试作了介绍，由此读者可以更多了解TD-SCDMA标准本身及其用户终端设备射频收发信机设计中需要考虑的多种要求。